Strukturalna i funkcjonalna charakterystyka loci determinujących poziom fenoli ściany komórkowej w warunkach stresu wodnego u pszenżyta.

Na podstawie wielu badań wykazano udział wolnych związków fenolowych w mechanizmach
aklimatyzacji roślin uprawnych do warunków suszy glebowej. Nie mniej interesująca w tym
aspekcie jest funkcja fenoli związanych z węglowodanami ściany komórkowej. Wzrost
zawartości fenoli w strukturach ściany komórkowej może pośrednio wpływać na gospodarkę
wodną roślin, aktywność aparatu fotosyntetycznego, biomasę roślin i w końcu na plon ziarna.
Ponadto sam proces wbudowywania fenoli w ścianę komórkową przebiega z udziałem
nadtlenku wodoru. Dlatego wzrost zawartości fenoli ściany komórkowej jest jednym z
mechanizmów neutralizacji nadtlenku wodoru w warunkach stresu suszy.
Wzrost zawartości związków fenolowych w strukturach ściany komórkowej spowalnia
utylizację węglowodanów do celów budulcowych. Takie ograniczenie wykorzystania
węglowodanów w przyroście biomasy ściany komórkowej liści, może wiązać się z ich
przekierowaniem na szlaki syntezy taki związków organicznych, które zagwarantują
efektywne dostosowanie komórki roślinnej do warunków stresowych. Należy wspomnieć, iż
obecność fenoli w ścianie komórkowej wpływa także na jej właściwości mechaniczne. Wraz
ze wzrostem zawartości fenoli ściana komórkowa staje się mniej rozciągliwa, bardziej zwarta
i szczelna. W warunkach dehydratacji liścia wzrost zawartości fenoli w ścianie komórki, a
więc także hydrofobowych pierścieni benzenu i związanych z nim łańcuchów
węglowodorowych, może równocześnie zwiększyć hydrofobowy charakter ściany
komórkowej. W takich warunkach słabo przepuszczalne dla wody, hydrofobowe środowisko
apoplastu może znacznie zahamować przemieszczenie wody z symplastu do apoplastu, jak
również ograniczyć kapilarny transport wody w apoplaście i w konsekwencji kutykularną
transpiracje. Ma to istotne znaczenie w efektywnym gospodarowaniu wodą w warunkach
stresu suszy polegającym na zatrzymywaniu wody w symplascie, a więc w aktywnej
metabolicznie strukturze protoplastu.
Fenole ściany komórkowej ograniczają także penetrację komórek przez promieniowanie UV.
W ten sposób mogą pełnić, w stosunku do aparatu fotosyntetycznego, funkcję
fotoprotektorów polegającą na absorpcji promieniowania UV i jego transformacji na
niebieską fluorescencje o mniejszym potencjale niszczenia struktur komórkowych liścia. Stąd
sam proces łączenia fenoli z węglowodanami ściany komórkowej glebowej, może skutkować
efektywną aklimatyzacją roślin do warunkach suszy glebowej.
Jednak nadal niewyjaśnione pozostaje genetyczne i molekularne podłoże wiązania fenoli z
węglowodanami ściany komórkowej. Dlatego celem projektu jest strukturalna i funkcjonalna
charakterystyka tych rejonów genomu pszenżyta, które wiążą się z poziomem fenoli w ścianie
komórkowej. Charakterystyka strukturalna oznaczać będzie zidentyfikowanie i
zsekwencjonowanie genów w obrębie poszczególnych loci. Natomiast charakterystyka
funkcjonalna detekcję transkryptów i odpowiadających im białek. Przeprowadzona zostanie
bioinformatyczna analiza struktury białek obejmująca przygotowanie modeli homologicznych
produktów translacji wybranych genów oraz analizę miejsca aktywnego.
Pszenżyto jest mieszańcem międzyrodzajowym, sztucznie wyhodowanym gatunkiem o
stosunkowo krótkiej historii. Stąd jest gatunkiem o słabo poznanych molekularnych
mechanizmach aklimatyzacji do warunków suszy glebowej. Proponowany projekt ma
charakter poznawczy, dotyczy pszenżyta, ale zaproponowane w nim eksperymenty i metody
badawcze pozwolą wyciągnąć wnioski o charakterze ogólnym, które jednocześnie będzie
można odnieść do innych zbóż jak żyto czy pszenica. Ponadto, pomyślna realizacja projektu
oraz uzyskane wyniki, zdaniem wnioskodawców, mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w
hodowli pszenżyta ukierunkowanej na pozyskiwanie genotypów odpornych na suszę oraz
efektywnie wykorzystujących wodę w okresach suchych.